JP2012517085A

JP2012517085A - プラズマを圧縮するためのシステム及び方法

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Publication number: JP2012517085A
Application number: JP2011548807A
Authority: JP
Inventors: ミッシェルジョルジュラベルジュ; ダグラスエイチリチャードソン
Original assignee: ジェネラルフュージョンインコーポレイテッド
Priority date: 2009-02-04
Filing date: 2010-02-03
Publication date: 2012-07-26
Anticipated expiration: 2030-02-03
Also published as: RU2011128777A; WO2010089670A1; RU2503159C2; US20110026657A1; CN102301832B; JP5107466B2; US10984917B2; EP2394496A4; US20160314855A1; EP2394496A1; CN102301832A; US20140247913A1; US9424955B2; CA2750441C; BRPI1008865A2; KR101541576B1; EP2394496B1; US20180190390A1; BRPI1008865B1; KR20110121622A

Abstract

プラズマが圧縮及び／又は加熱される液体金属の漏斗内にプラズマを注入することによって固体材料の破壊点よりも高いプラズマ圧力をもたらすことができるプラズマを圧縮するためのシステム及び方法の実施形態を説明する。
【選択図】図１Ａ

Description

〔関連出願への相互参照〕
本出願は、ここで本明細書にその全内容が引用により組み込まれる２００９年２月４日出願の「プラズマを加速及び圧縮するためのシステム及び方法」という名称の米国特許仮出願第６１／１４９，８８６号明細書の恩典を「３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）」の下で請求するものである。

本発明の開示は、プラズマを圧縮するためのシステム及び方法の実施形態に関する。ある一定のそのような実施形態では、プラズマトロイドは、液体金属漏斗を使用して圧縮される。

高温及び高密度にプラズマを加熱及び圧縮する様々なシステムがこれまでに説明されている。液体媒体内の大振幅音圧波の球面集束によりプラズマ加熱及び圧縮をもたらす１つの手法は、ここで本明細書にその全内容が引用により組み込まれる２００６年９月７日公開の「核融合炉内で圧力波を生成するための圧力波発生器及びコントローラ」という名称の米国特許出願公開第２００６／０１９８４８６号明細書に説明されている。この手法のある一定の実施形態では、液体媒体を収容する実質的に球面の容器の周りに複数のピストンが配置される。液体媒体内に渦又は空洞が生成される。ピストンが加速され、容器の外壁に衝突して音波を発生する。液体媒体内で発生された音波は、収束し、かつ渦内に導入されるプラズマを包み、それによってプラズマを加熱及び圧縮する。

米国特許出願公開第２００６／０１９８４８６号明細書に説明されたタイプの圧力波発生器は、例えば、ここで本明細書にその全内容が引用により組み込まれる２００６年９月７日公開の「磁化プラズマ融合炉」という名称の米国特許出願公開第２００６／０１９８４８３号明細書に説明されるような「磁化ターゲット融合（ＭＴＦ）」反応炉に使用することができる。ある一定のそのような実施では、溶融鉛リチウム（ＰｂＬｉ）のような液体媒体内に生成される渦の中に磁化プラズマが導入される。球面反応炉容器を取り囲むピストンの衝突によって生成された音波は、磁化プラズマを高密度及び高温に圧縮することができる。

上述のデバイスの一部の実施形態では、ピストンを加速するのに蒸気又は空気のような圧縮気体を使用することができる。典型的には、プラズマ圧縮のための望ましいピストン衝突速度は、１００ｍ／ｓ台であり、従って、一般的に、約１，３００ｐｓｉの圧縮気体圧力を使用してピストンを加速する。一部の実施に有用又は望ましい場合がある爆縮の対称性を達成するために、ピストン点火、軌跡、及び衝突のタイミングは、正確にピストン毎に制御される。例えば、一部のプラズマ圧縮実施に対して、全てのピストンは、互いに約１μｓ以内に容器壁に衝突することが好ましい。一部のこのような実施では、サーボ制御システムを使用して各ピストンの位置を正確に測定し、かつ必要な衝突時間を得るためにその軌跡を制御することができる。

米国特許仮出願第６１／１４９，８８６号明細書米国特許出願公開第２００６／０１９８４８６号明細書米国特許出願公開第２００６／０１９８４８３号明細書

このような機械的圧縮システムのある一定の実施形態は、例えばコスト面から魅力的であるが、ある一定のそのような実施は、特にピストン点火の繰返し周波数が高い用途において、頻繁な保守を必要とする場合がある。

プラズマを圧縮するためのシステム及び方法の実施形態を開示する。一部の実施形態は、例えば、例えばレールガンのようなプラズマ加速器を使用することにより、プラズマを電気的に加速する段階を含む。プラズマは、プラズマが更に圧縮される液体金属漏斗内に加速して入れることができる。液体金属の使用は、一部の実施形態では、達成される圧力が、装置自体に一般的に使用される固体材料のブレークポイント又は降伏強度よりも高い可能性があるので、高いプラズマ密度をもたらすことを可能にする。

ある一定の実施形態では、低密度及び低温ｓｐｈｅｒｏｍａｋ又はトロイダルプラズマは、プラズマガン、例えば、磁化同軸ガンを使用して形成される。トロイダルプラズマは、液体金属漏斗に向けて延びるプラズマ加速器（例えば、テーパ付きレールガン）を使用して高密度及び高温まで電気的に加速、圧縮、かつ加熱される。一部の実施での液体金属漏斗は、例えば溶融鉛リチウム（ＰｂＬｉ）のような溶融金属で形成することができる。様々な実施形態では、トロイダルプラズマは、逆転磁界配位（ＦＲＣ）又は他のコンパクトトロイドとして形成することができる。

一部の実施では、プラズマは、例えば、軽い元素（例えば、ジュウテリウム、トリチウム、ヘリウム−３、リチウム−６、及び／又はリチウム−７）の同位元素のような可融材料を含むことができる。一部のそのような実施において達成可能であるプラズマ高密度化及び高温化は、核融合反応の開始に十分である可能性がある。一部の核融合反応により中性子が生成される。従って、システムの一部の実施形態は、中性子源として構成することができる。システム及び方法の一部の実施形態は、正味エネルギ生成が発生するのに十分な核融合反応をもたらすことができる（例えば、損益分岐点を超えて）。

プラズマを圧縮するための装置の実施形態を開示する。装置は、プラズマのコンパクトトロイドを発生するように構成されたプラズマガン、プラズマ加速器、及び液体漏斗システムを含む。プラズマ加速器は、第１の端部、第２の端部、及び第１の端部と第２の端部間の縦軸を有する。プラズマ加速器は、第１の端部でコンパクトトロイドを受け取って第２の端部に向けて縦軸に沿ってコンパクトトロイドを加速するように構成される。液体漏斗システムは、プラズマ加速器の縦軸と実質的に整列した実質的に円筒形の通路を有する液体漏斗を含む。通路は、通路の上端で第１の内径、及び通路の下端で第２の内径を有する。第２の内径は、一部の実施形態では第１の内径未満とすることができる。液体漏斗システムは、プラズマ加速器の第２の端部からコンパクトトロイドを受け取り、かつコンパクトトロイドが上端から下端に向けて通路に沿って移動する時にコンパクトトロイドを圧縮するように構成される。システムは、上端より下方にある時のコンパクトトロイドの圧力が、上端より上方にある時のコンパクトトロイドの圧力よりも大きいように構成することができる。

プラズマを圧縮するように構成された液体金属漏斗システムの実施形態を開示する。液体金属漏斗システムは、通路の第１の端部で第１の内径、及び通路の第２の端部で第２の内径を有する実質的に円筒形の通路を有する液体金属漏斗を含む。第２の内径は、第１の内径未満とすることができる。液体金属漏斗は、通路の第１の端部が通路の第２の端部よりも高いような向きに配置することができる。液体金属漏斗は、プラズマ注入器からプラズマを受け取り、かつプラズマが第１の端部から第２の端部に向けて通路に沿って移動する時にプラズマを圧縮するように構成することができる。

プラズマを圧縮する方法の実施形態を開示する。本方法は、トロイダルプラズマを発生させる段階と、縦方向に沿ってトロイダルプラズマを加速する段階と、液体漏斗の通路内に加速されたトロイダルプラズマを導入する段階とを含む。通路は、通路の第１の端部で第１のサイズ、及び通路の第２の端部で第２のサイズを有することができる。第２のサイズは、第１のサイズより小さくすることができる。本方法はまた、トロイダルプラズマが通路の第１の端部から通路の第２の端部に向けて移動する時にトロイダルプラズマを圧縮する段階を含むことができる。

プラズマガンが液体金属漏斗に向けてプラズマ加速器により加速されるコンパクトトロイドを形成するテーパ付き液体金属漏斗内でプラズマを圧縮するためのシステムの実施形態を示す概略断面図である。漏斗システムが液体金属漏斗及び実質的に漏斗の中心軸線に沿って配置された軸線方向の液体金属ガイドを含み、プラズマ加速器が加速器の伝播チャンネル内に狭窄部を含むプラズマリストリクターを含む液体金属漏斗内でプラズマを圧縮するためのシステムの別の実施形態を示す概略断面図である。プラズマ加速器が１つ又はそれよりも多くの磁気コイルを含むプラズマリストリクターを含む液体金属漏斗システム内でプラズマを圧縮するためのシステムの別の実施形態を示す概略断面図である。図１Ｃの実施形態が図１Ｂに概略的に示す実施形態とほぼ類似のものであるプラズマを圧縮するためのシステムの実施形態の斜視破断図である。１大気圧（ａｔｍ）の圧力が約１０⁵Ｐａであることに注意して例示的な計算がＢｏｈｍ拡散及び以下に説明するある一定の他の仮定に基く様々なプラズマ密度に対するＬａｗｓｏｎｃｒｉｔｅｒｉａ（ローソン条件）をもたらすためのプラズマのエネルギの例示的な計算及び様々なプラズマ密度でのプラズマの磁気圧力の例示的な計算を示すグラフである。テーパ付き液体金属漏斗内のトロイダルプラズマの例を示す概略断面図である。プラズマ圧縮システムの例示的な実施形態において発生する可能性がある様々な電力損失を考慮した様々なプラズマ密度に対するＬａｗｓｏｎｃｒｉｔｅｒｉａ（ローソン条件）をもたらすプラズマエネルギの例示的な計算を示すグラフである。

テーパ付き同軸プラズマｓｐｈｅｒｏｍａｋ加速器が既に製造されており、例えば、Ｘ線生成、ｔｏｋｏｍａｋ燃料供給、及びプラズマ物理学研究に対して過去に研究されてきた。しかし、最大達成可能磁気圧力は、装置に使用される固体材料の強度（例えば、固体材料の破壊限界、降伏強度、又は破過点）により制限されてきた。この手法のある一定の実施形態では、達成することができる磁気圧力は、以下でより詳細に説明するようなテーパ付き又は漏斗形液体金属チューブを使用することにより、この限界を超えて大幅に増大した。

図面を参照すると、図１Ａ〜図１Ｄは、プラズマを加速及び圧縮するのに使用することができるシステム１０００のいくつかの実施形態を概略的に示している。図１Ａから図１Ｄに示す実施形態は、トロイダルプラズマ（例えば、ｓｐｈｅｒｏｍａｋのようなコンパクトトロイド）を生成するように構成されたプラズマガン１００、加速器１１０の縦軸１１５に沿ってプラズマを加速するように構成されたプラズマ加速器１１０、及び加速器１１０により加速されたプラズマが更に別の圧縮のために導入される液体金属漏斗システム１２０を含む。様々な実施形態では、プラズマガン１００は、加速器１１０の縦軸１１５に実質的に整列するか又は同軸であるガン軸線を有する磁化プラズマガンを含むことができる。一部の実施形態では、プラズマガン１００は、Ｍａｒｓｈａｌｌ型プラズマガンを含む。様々な実施形態では、プラズマ加速器１１０は、磁力及び／又は電磁力を使用してプラズマを加速するように構成されたレールガンを含むことができる。一部の実施形態では、プラズマ加速器１１０は、プラズマが縦軸１１５に沿って加速される時に、ある程度のプラズマ圧縮を行うことができる。例えば、レールガンは、縦軸１１５に沿って加速中にプラズマを圧縮する１つ又はそれよりも多くのテーパ付き電極を含むことができる。液体金属漏斗システム１２０は、加速器１１０の縦軸１１５と実質的に整列した通路を有する液体金属漏斗、円筒、又はチューブ８を含むことができる。一部の実施形態では、通路の断面及び／又は内径は、漏斗の上端から漏斗の下端にかけて変えることができ、例えば、断面（及び／又は内径）はプラズマが上端より下方に、かつ下端に向けて移動する時に、プラズマを圧縮することを可能にするために減少させることができる。ある一定の実施形態では、プラズマガン１００及び／又はプラズマ加速器１１０は、液体漏斗システム１２０より実質的に上方に位置決めされる。ある一定の実施形態では、漏斗８の上端は、漏斗８の下端より実質的に上方にある。

プラズマガン１００によって生成されたトロイダルプラズマは、例えば、ｓｐｈｅｒｏｍａｋのようなコンパクトトロイドとすることができ、コンパクトトロイドは、導電プラズマ内で流れる電流によって生成された自己磁場により閉じ込められたトロイダルプラズマである。他の実施形態では、コンパクトトロイドは、中心の貫通が殆どない実質的に閉鎖磁力線を有することができるプラズマの逆転磁界配位（ＦＲＣ）とすることができる。

図１Ａ〜図１Ｄに示す実施形態に概略的に示すように、１つ又はそれよりも多くのタンク４からの気体は、高速パフ弁３によりガン内に導入される。一部の実施では、初期気体圧力は、約１５ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）（例えば、約１．０３×１０⁵Ｐａ）である。気体は、可融材料を含むことができる。例えば、可融材料は、例えば水素の同位元素（例えば、ジュウテリウム及び／又はトリチウム）、ヘリウムの同位元素（例えば、ヘリウム−３）、及び／又はリチウムの同位元素（例えば、リチウム−６及び／又はリチウム−７）のような１つ又はそれよりも多くの軽元素の同位元素を含むことができる。他の可融材料も使用することができる。元素及び同位元素の組合せを用いることができる。例えば、一部の実施では、約１００個のパフ弁３を使用して、５０％ジュウテリウム、５０％トリチウム気体混合物をタンク４から導入する。１つの実施では、弁からの各パルスにより約２ｍｇの気体が導入される。他の実施形態では、異なる数の弁を使用することができ、及び／又は異なる気体質量を導入することができる。他の実施では、ジュウテリウム及びトリチウムの百分率は、それぞれ、５０％−５０％から異なることができる。

コイル５は、外側電極７と形成電極１４の間の空間内に磁場を誘起する。コイル５は、一部の実施では約０．８テスラの実質的に放射状のスタッフィング磁場をもたらすように構成することができる。図１Ａ〜図１Ｃに概略的に示す実施形態では、形成電極１４は、実質的に円筒形であり、外側電極７は、液体金属漏斗システム１２０に向けて内方にテーパ付きである。図１Ｂ〜図１Ｄに概略的に示す実施形態では、磁場は、３つの磁気コイル５ａ、５ｂ、及び５ｃによって生成されるが、他の実施形態では、使用するコイル数を加減することができる。一部の実施形態では、コイル５ａは、約１４０巻回の中空正方形６ｍｍ×６ｍｍ銅線を含む。システム稼動中に、銅線は、約６３０ｋＷを消散させ、約６３０Ｖの電圧で約１０００Ａｍｐの電流を伝えることができる。コイル５ｂは、約８３０ｋＷを消散させて約８３２Ｖの電圧で約１０００Ａｍｐの電流を伝える約２２４巻回の中空正方形６ｍｍ×６ｍｍ銅線を含む。コイル５ｃは、約８４０ｋＷを消散させて約８４４Ｖの電圧で約１０００Ａｍｐの電流を伝える約５５２巻回の中空正方形６ｍｍ×６ｍｍ銅線を含む。一部の実施形態では、コイル５ａ、５ｂ、及び５ｃは、システムの稼動中に実質的に連続的に作動する。一部の実施形態では、冷却システム（図示せず）は、中空ワイヤを冷却するためにその中を流れる水（又は別の冷却材料）を供給する。

システムのある一定の実施では、外側電極７及び形成電極１４の間にのみ気体を導入することが望ましい。ある一定のそのような実施では、弁３は、気体が電極７及び１４間に実質的に閉じ込められるように気体を導入するのに十分に迅速に開閉する。例えば、室温（例えば、約２０Ｃ）で、気体の熱速度は、約９００ｍ／ｓである。例えば、電極７及び１４間の距離が約１メートルである場合、気体は、各コンパクトトロイドの生成に向けて気体を供給するために約１ｍｓ未満の持続時間にわたって注入することができる。一部の実施では、「ＰａｒｋｅｒＳｅｒｉｅｓ９９」弁を使用することができる（オハイオ州クリーブランド所在の「ＰａｒｋｅｒＨａｎｎｉｆｉｎ」から入手可能）。

一部の実施形態では、形成電極１４は、コンデンサバンク１に電気的に接続される。一部のこのような実施形態では、コンデンサバンク１は、約４．１ｍＦのキャパシタンスを含むことができ、バンクは、約２２ｋＶの電圧で充電することができる。一部の場合には、コンデンサバンク１は、約８０個の５２μＦの個々のコンデンサ（例えば、「ＧｅｎｅｒａｌＡｔｏｍｉｃｓＥｎｅｒｇｙＰｒｏｄｕｃｔｓ」（カリフォルニア州サンディエゴ）、型式３３６７７コンデンサ）を含む。個々のコンデンサは、並列に接続することができる。コンデンサバンク１は、伝送線を使用して形成電極１４に接続することができる。一部の実施形態では、伝送線及びコンデンサの総インダクタンスは、約２０ｎＦであり、それによって有利な態様では、十分に速い放電が得られる。

システム１０００の稼動中に、パフ弁３により導入された気体が電極７及び１４の間に適切な圧力をもたらした時に、コンデンサバンク１は、気体中で放電し、気体をプラズマに変える。コンデンサバンク電圧が気体の破壊電圧（気体圧力に依存する可能性がある）を超える時に、放電が発生する可能性がある。一部の実施では、バンク１は、気体圧力が約１０ｍＴｏｒｒ（例えば、約１．３Ｐａ）である時に放電する。放電は、他の実施形態では他の気体圧力で発生することができる。図１Ａに示す実施形態では、スイッチ２を起動して気体を通るコンデンサバンク１を放電させてプラズマを発生させる。スイッチ２を使用する実施形態の可能な利点は、気体が望ましい圧力である時に放電が発生するようにスイッチを起動することができるという点であり、これは、稼動中に柔軟性の増大を可能にすることができる。

電流が上昇し（例えば、一部の場合に約２０μｓで約３ＭＡｍｐに）、この電流からの磁場により、プラズマ加速器１１０に向けて図１Ａ〜図１Ｃの下方の方向にプラズマが強制的に通される。コイル５からのスタッフィング磁束は、自らプラズマを包み込む。磁場は、閉鎖磁気面を形成するために再接続され、プラズマは、コンパクトトロイドを形成する。例えば、トロイドは、比較的低い密度（例えば、一部の場合に約１０¹⁵ｃｍ^-3）及び温度（例えば、一部の場合に約２０ｅＶ）を有するｓｐｈｅｒｏｍａｋ１６とすることができる。

システム１０００の一部の実施では、磁場が再接続されることを可能にし、及び／又は存在する場合に乱流が安定することを可能にする比較的小さい遅延（例えば、一部の場合に約３０μｓ）の後に、ｓｐｈｅｒｏｍａｋ１６は、液体金属漏斗システム１２０に向けてプラズマ加速器１１０により加速及び圧縮される。

例えば、図１Ａ〜図１Ｄに概略的に示す実施形態では、加速電極６は、第２のコンデンサバンク１１に接続され、第２のコンデンサバンク１１は、プラズマにエネルギを供給するのに使用する。一部の実施形態では、コンデンサバンク１１は、約２．６ｍＦのキャパシタンスを有し、かつ約８８ｋＶの電圧で充電される。一部のこのような実施形態では、コンデンサバンク１１は、各対が直列に電気的に接続した約１００対の５２μＦ、４４ｋＶの個々のコンデンサ、及び並列に電気的に接続した１００対を含む。一部の実施形態では、コンデンサは、「ＧｅｎｅｒａｌＡｔｏｍｉｃｓＥｎｅｒｇｙＰｒｏｄｕｃｔｓ」（カリフォルニア州サンディエゴ）型式３２２８３コンデンサを含む。一部の実施では、インダクタンスを低減又は最小にするために同軸ガン１００を取り囲む実質的にディスク状の伝送線１５を使用してコンデンサバンク１１を加速電極６に電気的に接続する。一部の実施形態の電流立ち上がり時間は、バンク１１の比較的大きいキャパシタンスのために約４０μｓである。一部の実施形態では、実質的にディスク状の伝送線を使用して形成電極１４にコンデンサバンク１を電気的に接続することができる。一部の実施形態では、２つの実質的にディスク状の伝送線、すなわち、形成電極にコンデンサバンク１を電気的に接続する第１の実質的にディスク状の伝送線、及び加速電極６にコンデンサバンク１１を電気的に接続する第２の実質的にディスク状の伝送線を使用する。

プラズマ加速器１１０は、プラズマ伝播チャンネル１１４を含み、それを通して又はそれに沿ってトロイダルプラズマ１６が加速される。例えば、図１Ａ〜図１Ｄに概略的に示すように、加速電極６は、外側電極７内に配置することができ、プラズマ伝播チャンネル１１４は、電極６及び７間に空間を含む。プラズマ伝播チャンネル１１４は、加速器の第１の端部１１２ａから第２の端部１１２ｂにかけて変わる（形状、サイズ、幅、間隔、及び／又はあらゆる他の点）断面（縦軸１１５に垂直）を有することができる。例えば、図１Ａ〜図１Ｄに示す実施形態では、電極６及び７の少なくとも一方は、加速器１００の第１の端部１１２ａ（例えば、プラズマガン１００近傍）から加速器１００の第２の端部１１２ｂ（例えば、漏斗システム１２０近傍）にかけてテーパ付きとすることができる。例えば、一部の実施形態では、加速器１１０の半径（例えば、縦軸１１５からチャンネル１１４の中心までの半径）は、第１の端部１１２ａから第２の端部１１２ｂまで約３０倍減少する。他の実施形態では、加速器１１０の半径は、約２倍、約５倍、約１０倍、約２０倍、約５０倍、約１００倍、又は何らか倍数で第１の端部から第２の端部にかけて減少する。様々な実施形態では、第１の端部から第２の端部にかけての加速器の半径の減少は、約１０〜約５０倍、約２０〜約４０倍、又は何らかの他の範囲とすることができる。

図１Ａ〜図１Ｄに概略的に示す実施形態を更に参照すると、プラズマ加速器１１０の磁力は、テーパ付き同軸電極６及び７間にトロイダルプラズマ１６を加速し、かつより高い温度及び密度にプラズマを圧縮して圧縮トロイダルプラズマ１２を形成する。

電極６、７の構成は、プラズマが加速器１１０の第１の端部１１２ａから第２の端部１１２ｂに移動する時に望ましい量の圧縮を行うように選択することができる。例えば、電極６、７のテーパ化、形状、及び／又は間隔を含む１つ又はそれよりも多くのファクタは、望ましい圧縮を行うように選択することができる。プラズマの一部のトロイダル構成（例えば、コンパクトトロイド）の場合、システム１０００の一部の実施のプラズマの圧縮は、トロイドの半径方向の圧縮（例えば、システム内で第２の位置にある時のトロイドの半径とシステム内で第１の位置にある時のトロイドの半径の比率）に関して測定することができる。例えば、一部の実施形態では、プラズマが加速器１１０の第１の端部１１２ａから第２の端部１１２ｂに移動する時のプラズマの半径方向の圧縮は、約３０：１である。加速器１１０内のプラズマの半径方向の圧縮は、他の実施形態では、例えば、約２：１、約５：１、約１０：１、約１５：１、約２０：１、約３０：１、約５０：１、約１００：１のように異なるものとすることができる。様々な実施形態では、加速器１１０内のプラズマの圧縮は、約１０：１〜約５０：１の範囲、約２０：１〜約４０：１の範囲、又は何らかの他の適切な範囲とすることができる。一部の実施形態では、電極６、７のテーパ化は、加速器１１０において行わず、加速器１１０内では実質的にプラズマの圧縮はない。

他の実施形態では、プラズマ加速器１１０は、外側電極７が加速電極として作用するように構成することができる。他の実施形態では、両方の電極６及び７を使用して、第１の端部から第２の端部にプラズマを電磁気で加速することができる。他の実施形態では、付加的な電極を使用することができる（例えば、プラズマを安定化することを容易にし、及び／又はチャンネル１１４内のトロイドの傾きを抑制するために）。

電極６、７、及び／又は１４は、導電性金属で形成することができる。電極６、７、及び／又は１４は、１つ又はそれよりも多くの区画に形成することができる。例えば、一部の実施形態では、電極６、７、及び／又は１４は、約５ｍｍの厚みを有する１つ又はそれよりも多くのステンレス鋼３０４プレート又はシートを含む。電極の各区画は、溶接、留め具（例えば、ボルト）などにより互いに結合することができる。他の実施形態では、電極は、付加的な及び／又は異なる材料及び／又は材料の厚みで形成することができる。一部の実施では、プラズマは、少なくとも部分的に電極の一部を気化するのに十分に高温になることができる。電極の気化は、一部の場合には、プラズマを冷却可能な金属質不純物でプラズマを汚染する可能性がある。従って、（少なくとも部分的に）気化可能な電極を利用するある一定の実施では、電極６、７、及び１４の１つ又はそれよりも多くは、例えば、タングステンのような高融点材料で被覆することができる。被膜材料は、被膜材料（例えば、タングステン）の融点が電極材料（例えば、ステンレス鋼）の融点を超えるように選択することができる。例えば、一部の実施では、タングステンを電極材料（例えば、ステンレス鋼３０４）上でプラズマ溶射する。例えば、ワシントン州シアトル所在の「ＦｌａｍｅｓｐｒａｙＮｏｒｔｈｗｅｓｔ」は、プラズマスプレーサービスを行っている。他の実施形態では、高融点材料を電極上に積層又は堆積させることができる。

電流立ち上がり時間中に、プラズマは、液体金属漏斗システム１２０に向けてプラズマ伝播チャンネル１１４（例えば、加速電極６と外側電極７間の空間）内で移動する時に加速される。一部の実施では、プラズマは、約２０ｍの距離にわたって、及び次に更に約２０ｍにわたってコンデンサバンク１１を放電し終えるように加速される。このような実施形態では、プラズマ加速器１１０の全長は、約４０ｍである。プラズマ加速器の異なる長さが可能である。例えば、バンク１１内のキャパシタンスが低減する間にバンク１１内のコンデンサの電圧を増大させることができ、従って、コンデンサバンク１１内に蓄積されたエネルギが維持される。それによって加速器１１０の電流立ち上がり時間及び長さを低減することができる。一部の実施における高電圧化は、技術的に困難でありかつ高価であるなどの考えられる短所を有する場合がある。

一部の実施形態では、プラズマ加速器１１０は、プラズマリストリクター２３を含む。プラズマリストリクターを含む加速器１１０の実施形態の長さは、プラズマリストリクターを備えない加速器実施形態の長さよりも小さくすることができる。図１Ｂに示す実施形態では、プラズマリストリクター２３は、加速器１１０の第１の端部１１２ａの近くに、例えば、第１の端部１１２ａより下方に配置される。電極６及び／又は７への電流が増加する時に、プラズマ加速器１１０の磁場は、プラズマにリストリクター２３を強制的に通過させるには初めは不十分である。伝播チャンネル１１４に沿ったプラズマの移動は抑制される。システムは、加速器１１０の磁場が増大する時に（例えば、電極６及び／又は７に供給される電流及び／又は電圧が増加する時に）磁場が増大し、磁力がプラズマにリストリクター２３を強制的に通過させるのに十分である閾値を到達するように構成することができる。プラズマは、次に、伝播チャンネル１１４に沿って加速される。例えば、システムは、ピーク電流で（又はその近くで）磁力がプラズマを押し進めてリストリクター２３を通過させ、かつプラズマ加速器１１０の下でプラズマ加速を開始するのに十分であるように構成することができる。

一部の実施形態では、プラズマリストリクター２３は、プラズマ伝播チャンネル１１４内に狭窄部を含む。例えば、狭窄部は、加速電極６と外側電極７の間に空間の狭小化をもたらすことができる。一部の実施形態では、プラズマ加速チャンネル１１４（例えば、図１Ｂを参照されたい）内に１つ又はそれよりも多くの構造体２３ａを配置することによって狭窄部が設けられる。他の実施形態では、チャンネル１１４が狭窄部の位置で狭くなるように外側電極７及び／又は加速電極６を成形することによってプラズマチャンネル１１４内に狭窄部が設けられる。伝播チャンネル１１４に沿って配置された狭窄部（例えば、チャンネル１１４内に又はそれに沿って配置された構造体又はチャンネル１１４の狭小化）の位置、形状、サイズ、間隔、及び／又は数は、チャンネル１１４に沿ったプラズマの移動に対する望ましい量の制限を行うように選択することができる。一部のそのような実施では、約１０ｍの加速器長さを用いて、８８ｋＶのコンデンサ電圧を使用してコンデンサバンク１１からプラズマにエネルギを伝えることができる。

他の実施形態では、プラズマリストリクター２３は、図１Ｂに概略的に示す狭窄部と違った構成を行うことができる。例えば、図１Ｃは、プラズマリストリクター２３が加速器１１０の第１の端部１１２ａの近くに配置された１つ又はそれよりも多くの磁気コイル２３ｂを含む実施形態を概略的に示している。電流が１つ又はそれよりも多くの磁気コイル２３ｂに供給された時に、コイル２３ｂは、加速器１１０によって生成される磁力が閾値を超えるまでコイルの位置のプラズマトロイドの通過を抑制する制限磁力を供給する。一部の実施形態では、コイル２３ｂへの電流は、プラズマトロイドが加速器１１０の第２の端部１１２ｂに向けて加速されることを可能にするように制限磁場を低減する（代替的に、実質的に排除する）ように低減する（又は電源を切断する）ことができる。一部の実施形態では、加速器１１０によって生成された磁力の増加及びコイル２３ｂによって生成された制限的磁力の低減の組合せにより、プラズマは、適切な時にチャンネル１１４に沿って加速することができる。一部の実施形態では、コイル２３ｂによって生成される磁場は、加速器１１０内の最大電流でさえも、チャンネル１１４に沿ったトロイダルプラズマの加速を抑制するのに十分である。このような実施形態では、コイル２３ｂへの電流を低減して（又は電源を切断して）、望ましい時間にトロイダルプラズマを解放する。一部の実施形態では、プラズマリストリクター２３は、１つ又はそれよりも多くの狭窄部２３ａ及び１つ又はそれよりも多くのコイル２３ｂを含むことができる。

プラズマが形成された後に、プラズマは、外側電極７及び加速電極６に電気的に接触する。この接触により、加速コンデンサバンク１１を短絡させてプラズマを通る電流を開始することができる。上述のように、閉鎖磁気面を形成し、及び／又は乱流（もしあれば）に対して落ち着くことを可能にするために加速を遅らせることが（例えば、一部の場合に約３０μｓにわたって）一部の実施では望ましいと考えられる。一部のそのような実施では、電極に供給される電圧を遅らせるために可飽和インダクタ１７（例えば、図１Ｂを参照されたい）を使用する。可飽和インダクタ１７は、伝送線１５内に配置することができる。可飽和インダクタ１７は、可飽和磁性材料を含むことができる。例えば、例えば「ＭＥＴＧＬＡＳ２６０５Ｃｏ」（サウスカロライナ州コンウェー所在の「ＭｅｔｇｌａｓＩｎｃ．」から販売）のような非晶質金属を使用することができる。約８８ｋＶの電圧で約３０μｓの遅延をもたらすために、インダクタ１７は、約８８ｋＶ×３０μｓ＝２．６Ｖ・ｓを蓄積することができる。一部の実施形態では、インダクタ１７は、約０．６ｍ²の断面及び約１ｍの主半径を有する実質的にトロイダルである。一部の実施形態では、インダクタ１７は適切な遅延をもたらすために、約１．８テスラの飽和磁界を有するＭｅｔｇｌａｓ巻きテープを含む。

図１Ａ〜図１Ｄに概略的に示す実施形態では、システムは、プラズマが、材料又は電極６及び／又は７（又は第２の端部１１２ｂの近くの加速器の他の構成要素）を含むアセンブリの破過点又は強度を超えることができるように、プラズマの圧力が高まる点で又はその前にプラズマが加速器１１０を出て液体金属漏斗システム１２０に入るように構成される。これらの一部の実施形態の利点は、加速器内のプラズマの圧力が加速器を損傷することなく（例えば、加速器１１０の第２の端部１１２ｂの降伏不良及び／又は変形のために）比較的大きい値まで増大するという点である。

図示の実施形態では、液体金属漏斗システム１２０は、タンク１０、及び液体金属漏斗８を形成するために液体金属を循環させるように構成された１つ又はそれよりも多くのポンプ９を含む。液体金属は、重力の影響を受けて漏斗システム１２０の上端から漏斗システム１２０の下端に流動する。一部の実施形態では、漏斗システム１２０の上端は、実質的に漏斗システム１２０の下端より上方にある。一部の実施形態では、ポンプ９は、液体金属に圧力を供給することができ、これは、タンク１０内での液体金属の流動にも影響を及ぼす可能性がある。一部の実施では、漏斗８は、プラズマ加速器１１０の縦軸と実質的に整列している通路１２５を有する実質的に円筒形の形状を有する。通路１２５（通路１２５の縦軸に垂直）の断面は、実質的に円形、実質的に長円形、実質的に多角形、又はあらゆる他の形状とすることができる。通路の断面形（及び／又はサイズ）は、上端から下端にかけて変えることができる。例えば、下端の断面積は、上端の断面積よりも小さいとすることができる。通路１２５は、内径を有する内面を有することができる。内面の断面は、実質的に円形、実質的に長円形、実質的に多角形（例えば、矩形）、又はあらゆる適切な形状とすることができる。下端の内径は、上端の内径未満とすることができる。通路の断面形、サイズ、及び／又は内径は、プラズマが上端より下方に移動する時にプラズマに対して望ましい量の圧縮を行うように構成することができる。例えば、一部の実施形態では、下端の通路１２５の内径は、上端の通路１２５の内径よりも約３倍小さい。上端の通路の内径と下端の通路の内径の比率は、約１．５、約２、約４、約５、約１０、約１５、又はそれよりも大きいとすることができる。この比率は、約１．５〜約５の範囲、約２〜約４の範囲、又は何らかの他の範囲とすることができる。

一部の実施形態では、プラズマは、通路の上端から下端に移動することができる。他の実施形態では、プラズマ圧力は、プラズマが通路の下端に到達する前にプラズマが漏斗８を崩壊させることができるようにチャンネルに沿ったプラズマの移動中に十分に増大することができる。

ある一定の実施形態では、液体漏斗８を含む液体材料は、実質的に通路の軸線に関して回転しない。他の実施形態では、液体材料が上端から下端に移動する時に液体材料が通路の軸線に関して回転するように液体材料をタンク１０内に導入することができる。例えば、液体材料が何らかの量の回転（又は渦巻き）を有する漏斗は、一部の実施では、通路の内面の安定性を増大させるなどの利点をもたらすことができる。

プラズマは、液体金属内での音速（例えば、一部の場合に約３ｋｍ／ｓ）より高い速度（例えば、約数十ｋｍ／ｓ、又は一部の場合により速い）で移動することができるので、プラズマが液体漏斗システム１２０通過する時に、液体金属には脇に移動する時間がない（例えば、液体金属漏斗の惰性により少なくとも部分的にプラズマが閉じ込められる）。液体金属は、従って、まるでプラズマに対して固体であるかのように働く傾向があり、かつ漏斗８の通路１２５内にプラズマを閉じ込めるように働くことができる。プラズマは、漏斗８の上端から漏斗８の下端に移動する時に、漏斗８内で圧縮（及び加熱）させることができる。例えば、プラズマが漏斗８の上端よりも下の時のプラズマの圧力は、プラズマが漏斗８の上端よりも上にある時のプラズマの圧力よりも大きいとすることができる。図１Ａ〜図１Ｃは、漏斗８内の圧縮プラズマトロイド１３を概略的に示している。

漏斗８の通路１２５内のプラズマの半径方向の圧縮は、一部の実施では約３：１（又はより大きい）とすることができる。他の実施では、プラズマの半径方向の圧縮は、約１．５：１、約２：３、約４：１、約５：１、約７：１、約１０：１、約１５：１、又はより大きくすることができる。漏斗８の通路１２５内のプラズマの半径方向の圧縮は、約１．５：１〜約５：１の範囲、約２：１〜約４：１の範囲、又は何らかの他の範囲とすることができる。ある一定の実施では、加速器１１０の第１の端部と漏斗８内のプラズマの最終位置との間に測定されるプラズマの望ましい合計半径方向の圧縮（例えば、プラズマ圧力が漏斗を崩壊させるために十分に増大する時）は、約２００：１、約１５０：１、約１００：１、約９０：１、約７５：１、約５０：１、約３０：１、約２０：１、約１０：１、又は何らかの他の値とすることができる。合計半径方向の圧縮は、約５０：１〜約１５０：１の範囲、約７５：１〜約１２５：１の範囲、約８０：１〜約１００：１の範囲、又は何らかの他の範囲とすることができる。

一部の実施では、プラズマトロイドの望ましい合計半径方向の圧縮（例えば、加速器１１０の第１の端部１１２ａから漏斗８内のプラズマの最終位置まで）は、第１の圧縮比×第２の圧縮比が望ましい総圧縮比に等しいように、システム１０００を加速器１１０内で第１の圧縮比を有し、かつ漏斗８内で第２の圧縮比を有するように構成することによって達成することができる。例えば、約９０：１の総圧縮比をもたらすために、加速器１１０は、約３０：１の第１の圧縮比をもたらすように構成することができ、漏斗８は、約３：１の第２の圧縮比をもたらすように構成することができる。これらの比率は、開示するシステム及び方法に関する制限事項でなく、引き続きこの例に対して、９０：１の総圧縮比は、システム１０００の実施が異なれば異なる方法で、例えば、加速器内では約４５：１及び漏斗内では約２：１、加速器内では約１８：１及び漏斗内では約５：１のように達成することができる。一部の実施形態では、加速器１１０内の第１の圧縮比は、加速器の第２の端部１１２ｂのプラズマの圧力が加速器１１０の第２の端部１１２ｂの材料又は材料のアセンブリの材料強度又はブレークポイント又はそれよりも小さいように選択される。一部の実施では、加速器１１０は、液体漏斗が望ましい第２の圧縮比をもたらすように構成することができるようにより容易に望ましい第１の圧縮比をもたらすように構成することができる。一部のそのような実施では、加速器１１０が漏斗８より多くの圧縮を行うことが有利とすることができる（例えば、第１の圧縮比は、第２の圧縮比より大きい）。

液体漏斗８は、例えば、約１７％のリチウム（Ｌｉ）を有する溶融鉛リチウム（ＰｂＬｉ）のような適切な液体金属を含むことができる。他の実施形態では、他のリチウム百分率（例えば、０％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％など）を使用することができる。また、他の実施形態では、他の液体材料（例えば、他の液体金属、液体金属合金など）を使用することができる。例えば、他の実施形態では、実質的に純粋な液体リチウム及び／又は濃縮液体リチウムを使用することができる。一部の実施形態では、液体金属は、中性子を吸収してトリチウムを生成することができる１つ又はそれよりも多くのリチウム同位元素を含む。

プラズマが可融材料を含むシステムの一部の実施では、プラズマは、可融材料内で少なくとも一部の熱核反応を開始するのに十分な密度及び／又は温度に圧縮することができる。熱核反応は、中性子を生成することができる。中性子の一部は、システムが例えば中性子源として構成された場合に中性子解析に使用することができる。例えば、中性子の一部は、液体金属漏斗８により吸収することができ、そのエネルギは、漏斗内で熱に変換することができる。この熱の一部は、システムが、例えば、エネルギ源として構成された場合、電力を生成する（例えば、蒸気タービンを通じて）ために抽出することができる。プラズマの漏斗８通過中又は後に、液体金属漏斗８は、一般的に少なくとも部分的に乱され及び／又は破壊される（例えば、液体金属は、外方に跳ね戻されるが、タンク１０により収容される）。ポンプ９は、タンク１０に液体金属を循環させてプラズマのその後の注入（又は発射）のために液体金属漏斗８を再形成する。従って、図１Ａ〜図１Ｄに概略的に示すシステムの実施形態は、プラズマトロイドが液体金属漏斗８に繰返し導入される時に中性子及び／又はエネルギのパルス源として作用するように構成することができる。

一部の実施形態（例えば、図１Ｂ〜図１Ｄを参照されたい）において、液体金属漏斗８に加えて、液体漏斗システム１２０は、実質的に中心又は軸線方向の液体ガイド２２を含む。例えば、液体ガイド２２は、加速器１１０の縦軸１１５及び／又は通路１２５の軸線と実質的に整列することができる。液体ガイド２２は、漏斗システム１２０内のプラズマトーラスの傾きの傾向を安定化及び／又は低減するように構成することができる。一部の実施形態では、液体ガイド２２は、液体金属貯蔵タンク又はリザーバ１８から液体金属によって供給される。貯蔵タンク１８は、一部の実施形態では加速電極６間に配置される。図１Ｂに示す実施形態では、液体ガイド２２は、タンク１０の底部の方向に重力を受けて少なくとも部分的に流動し、ポンプ２１は、再利用ために貯蔵タンク１８に液体金属を再循環させるために使用することができる。一部のこのような実施形態では、タンク１０内でのガイド２２の液体金属及び漏斗８の液体金属の混合の可能性のために、漏斗８に使用される液体金属及び液体ガイド２２に使用される液体金属が同じ材料を含む場合が有利である。例えば、液体ガイド２２のための液体金属は、溶融ＰｂＬｉを含むことができる。

一部のこのような実施形態では、プラズマは、漏斗８の内面と液体ガイド２２の外面との間に圧縮され、それによって有利な態様では、液体ガイド２２を使用しない実施形態よりも大きい圧縮の量をもたらすことができる。漏斗８及び／又は液体ガイド２２のサイズ及び／又は形状は、プラズマが液体金属漏斗システム１２０の上部より下方に移動する時に、プラズマに望ましい量の圧縮及び／又は加熱をもたらすように構成することができる。液体ガイド２２は、様々な実施形態では、液体漏斗８（及び／又はタンク１０）から物理的及び／又は電気的に隔離することができる。

液体ガイド２２を使用するシステムの一部の実施形態の利点は、液体金属が導電性であり、実質的に中心又は軸線方向の電極のように働くという点である。一部のこのような実施形態では、プラズマ加速器１１０からの電流は、更に別の圧縮を行うためにプラズマを押し進める磁気（及び／又は電磁気）力を供給し続けることができる。従って、一部のこのような実施形態は、漏斗８内の圧縮がプラズマの惰性により主として行われる液体ガイドを備えないある一定の実施形態と比較すると、付加的な圧縮を提供することができる。

ある一定の実施形態では、液体ガイド２２を外側電極７から絶縁させて、電気回路を短絡させる可能性を低減するか又は回避する。ある一定のそのような実施形態では、液体ガイド２２は、タンク１０に連続的に供給されるわけではない。例えば、液体漏斗システム１２０は、望ましい時点で漏斗８の通路に液体ガイド２２を注入する液体ガイド注入システムを含むことができる。例えば、液体ガイド注入システムは、プラズマ発射の直前に開くことができるパルス弁２０を含むことができる。プラズマ発射は、液体ガイド２２内の液体金属の下端がタンク１０の底部（又はタンク１０の底部の接触液体金属）に接触する前に行うことができ、その理由は、このような接触により電気回路が完成される可能性が高いからである。各発射後に、ポンプ２１（例えば、断続的ポンプ）は、タンク１０内の液体金属の一部を貯蔵タンク１８に再循環させる。一部の実施形態では、ポンプ２１は、加速電極６が高電圧でない時に（例えば、プラズマ発射と発射の間）、貯蔵タンク１８を補充するように作動する。一部の実施形態では、タンク１８に液体金属を再循環させるために使用される再循環配管系統（例えば、戻りパイプ３１）の一部は、電気絶縁区画１９（例えば、図１Ｂ及び図１Ｃを参照されたい）を含む。絶縁体部分１９は、加速電極６を短絡させる可能性を低減するために貯蔵タンク１８を補充した後に残留液体金属の排出を可能にするように実質的に垂直の方向に配置することができる。一部の実施形態では、貯蔵タンク１８内の流体より上方の空間は、例えば、アルゴンのような不活性気体で加圧される（例えば、一部の場合には、約３０ｐｓｉで）（例えば、約２．０７×１０⁵Ｐａ）。加圧不活性気体は、液体金属を望ましい速度で噴射することを可能にする貯蔵タンク１８内の液体に掛かる下方の力をもたらす（重力との組合せで）。

磁化ターゲット溶融応用の例
以下に説明する内容は、ある一定のプラズマ圧縮値をもたらすのに使用することができるシステムの実施形態のある一定のパラメータの例示的かつ非限定的な例を示すことを意図している。様々な仮定をこれらの例に関連して説明し、プラズマを圧縮するためのシステムの例示的な実施形態に関わっているファクタ及び考慮事項の一部を強調するために様々な方程式及び例示的な計算を本明細書に示す。以下に説明する内容は、本明細書に説明するシステム及び方法の範囲及び開示されたシステムの最終用途及び適用を制限することを目的としたものではない。本明細書に説明するシステム及び方法の他の実施では、他の方程式、パラメータ、ファクタ、及び考慮事項を適用可能にすることができる。

「磁化ターゲット核融合（ＭＴＦ）」システムは、一般的に、有意なエネルギ（例えば、一部の場合に約１００ＭＪ）を使用してプラズマを圧縮する。多くのシステムにおいて融合エネルギを生成するために、公知のローソン条件では、時間τにわたって１０ｋｅＶの温度に維持された密度ｎのプラズマは、融合加熱がプラズマ熱損失を超えるようにｎτ＞１０²⁰ｍ^-3ｓであるように選択することを指定される。しかし、プラズマは、時間τ＝ｒ²／χと共に冷却される。ここで、ｒは、高温プラズマコアと反応炉の低温縁部の間の最小距離であり、χは、拡散係数である。従って、より大きいプラズマ（例えば、より大きいｒ）が有用と考えられるが、より大きいプラズマでは、その形成のためにより多くのエネルギ、及び一般的には、従って、より大きくかつより高価な装置が使用される。

プラズマ内のエネルギは、イオンに対しては３／２ＮｋＴ_i、電子に対しては３／２ＮｋＴ_eであり、ここで、Ｔ_iはイオン温度であり、Ｔ_eは電子温度であり、Ｎはイオン又は電子の数である。イオン及び電子の数は、全体的な電荷の中立性の場合は等しい。Ｔ_i及びＴ_eが同じ温度であると仮定すると、プラズマ内の熱エネルギ（Ｅ_th）は３ＮｋＴである。

従って、以下の方程式は、システムのある一定の実施形態の推定値、例えば、パラメータを提供するために適用可能である。
ｎτ＞１０²⁰ｍ^-3ｓ
τ＝ｒ²／χ
Ｅ_th＝３ＶｎｋＴ
ここで、Ｎ＝ｎＶであり、Ｖは、プラズマ容積、及びＥ_mag＝Ｅ_th／βであり、ここで、βは、プラズマ圧力／磁気圧力の比率である。総エネルギは、熱エネルギＥ_th＋磁気エネルギＥ_magである。トーラスに対して、容積は、２π²ｒ²Ｒであり、ここで、Ｒは大半径（トーラスの周りの）であり、ｒは小半径である。小型トーラスに対して、Ｒは、ｒに実質的に等しく、従って、容積は、２π²ｒ³として近似することができる。

これらの方程式を結合すると、一部のシステム実施形態では１０ｋｅＶの温度でローソン条件に到達する最小のエネルギは、ほぼ以下であることが見出される。
Ｅ＝７×１０¹⁶（１＋１／β）χ^3/2ｎ^-1/2ジュール
ここで、ｎは、ｍ^-3単位であり、χはｍ²／ｓ単位である。

エネルギＥは、密度の増大と共に減少し、χの減少と共に減少する。これらのシステムにおける拡散及びχの値は、多くの研究のテーマである。一部のシステムにおける拡散の値は、複雑な乱流のために、いわゆる従来的な計算結果より非常に大きい。拡散の値に関する従来的な推定値により、一般的に可能な限り最良の拡散が得られる。多くの実験で観測される拡散は、従来的なものを遥かに超えるが、いわゆる以下のようなＢｏｈｍ拡散よりも小さいものである。
χ_Bohm＝ρ_iｖ_i／１６
ここで、ρ_iはイオンジャイロ半径であり、ｖ_iはイオン熱速度である。

Ｂｏｈｍ拡散を仮定すると（最悪の場合の例示的シナリオとして）、様々なプラズマ密度（例えば、１０ｋｅＶ及びある一定のｓｐｈｅｒｏｍａｋの特徴を示すβ＝０．１で）に対してローソン条件をもたらすための最小プラズマエネルギは、上述の例示的なシステムに対しては上述の方程式から予測することができ、図２に示すグラフに示している（ダイヤモンド形付きの実線）。様々な密度での１０ｋｅＶの温度、β＝０．１でのプラズマの磁気圧力も、図２に示すグラフ上にプロットされている（正方形付きの実線）。固体材料が破壊する前に取ることができる最大圧力は、一般的に約１×１０⁴気圧（例えば、約１０００ＭＰａ）である。その圧力になると、図２に示す例示的な計算によれば、例示的なシステムは、損益分岐点をもたらすためにプラズマにおいて約１００ＭＪ、及び実際的な利得が得られるように一部の場合にそのエネルギより数倍のエネルギを供給すべきである。約５０％の電源からプラズマまでの伝達効率を仮定すると、システムは、融合温度までプラズマを加熱するために少なくとも約２００ＭＪのエネルギを供給すべきである。

エネルギ源として構成された開示するシステムの実施形態は、利点を有することができる。例えば、液体金属漏斗を使用することは、固体材料の破壊点を超えるプラズマ内の圧力をもたらすことを可能にすることができる。従って、開示するシステムの実施形態は、プラズマ密度増大を提供することができ、それによって有利な態様では、システムによって使用されるエネルギが低減される。それによってシステムの経費及び／又はサイズも低減することができる。

本発明のシステム及び方法の一部の実施形態では、プラズマ圧力は、プラズマが加速される時に増大し、次に、プラズマが加速器１１０を通って移動する時に（例えば、同軸テーパ付き電極６、７間の伝播チャンネル１１４に沿って）圧縮される。プラズマ圧力が閉じ込め電極材料の強度を満足し及び／又はそれを超えるプラズマ経路に沿った点で又はその前に、プラズマは、更に別の圧縮が発生する液体金属漏斗システム１２０に誘導される。例えば、プラズマ圧縮は、加速器内では約３０倍、漏斗システム内では３倍とすることができる。一部の実施形態では、加速器１１０の下で約１００ｋｍ／ｓを超える速度にプラズマを加速させることができる。液体金属内の音速は、一般的に３ｋｍ／ｓ台であるので、液体金属には、脇に移動する時間がなく、高いプラズマ圧力が漏斗８内で維持される。一部の実施では、衝撃波の波紋が、液体金属内で生成される場合がある。衝撃波の波紋内のエネルギは、プラズマ運動エネルギから引き出され、これは、一部のこのような実施形態では、新しいエネルギ損失機構とすることができる。

図３は、テーパ付き液体金属漏斗２５の一部内で移動するトロイダルプラズマ３０の例を示す概略断面図である。プラズマ速度ｖ_p及びプラズマ長Ｌ、及びｃ_sの音速による液体金属を仮定して、図３の概略図は、プラズマより後部に続く衝撃波を示している。衝撃波の厚みは、約ｃ_sＬ／ｖ_pである。約Ｌ／ｖ_pの時間（例えば、プラズマが自己の長さを進む時間）に漏斗内の圧縮液体の容積は、約２πＲＬｃ_s・Ｌ／ｖ_pである。圧縮容積を時間で割ると、液体金属が圧縮される速度の推定値が得られる。
ｄＶ／ｄｔ＝２πＲＬｃ_s ｍ³／ｓ
ここで、Ｒは、液体金属漏斗２５の半径である。

一例として、液体金属の状態方程式の簡単な近似式を用いることができる。
Ｐ＝Ｋ（Ｖ₀／Ｖ−１）
ここで、Ｋは容積圧縮係数であり、Ｖ₀は、ゼロ圧縮時の初期容積である。

従って、圧縮仕事ＰｄＶを積分し、この例においては圧縮液体金属内に蓄積されるエネルギを計算することができる。
Ｅ／Ｖ＝Ｋ［ｌｎ（Ｐ／Ｋ＋ｌ）−１／（１＋Ｋ／Ｐ）］Ｊ／ｍ³

波紋内で消散したパワーは、この例においては以下の式により与えられる。
パワー＝２πＲＬｃ_sＫ［ｌｎ（Ｐ／Ｋ＋ｌ）−１／（１＋Ｋ／Ｐ）］ワット

一部の実施では、電流は、ｓｐｈｅｒｏｍａｋの磁場により液体金属内で誘起することができる。液体金属内の抵抗損失は、プラズマを含む磁場内のエネルギを低減する場合があり、これは、一部の場合に別の可能なエネルギ損失機構を表している。以下の例示的な例を用いると、このエネルギ損失機構の推定値が得られる。

磁場を支持するために液体金属内を流れる電流Ｉは、以下である。
Ｉ＝ＬＢ／μ₀
ここで、Ｌは、プラズマの長さである、Ｂは、ｓｐｈｅｒｏｍａｋ（又は他の適切な小型トーラス）内の磁場であり、μ₀は真空透磁率である。

金属内を流れる電流のシートの厚みｔは、以下により与えられる。
ｔ＝（ητ／μ₀）^1/2
ηは、金属の電気抵抗であり、τは、磁場が金属に印加される間の時間であり、ここで、τ＝Ｌ／ｖ_pである。

抵抗は、以下の通りである。
抵抗＝η２πＲ／Ｌｔ

従って、液体金属内で抵抗的に消散した電力は、以下である。
電力＝抵抗Ｉ²＝２πＲＢ²（ηＬｖ_p）^1/2μ₀ ^-3/2ワット

一部の実施では、乱流輸送による電力損失がある場合もある。このような電力損失の推定値は、Ｂｏｈｍ拡散式を用いると、以下である。
電力_Bohm＝Ｅ_th／τ_Bohm

制動放射型放射損失が、一部の場合に発生することがあり、このような損失の推定値は、以下により与えられる。
電力_制動放射＝１．６７×１０^-38ｎ²Ｔ^1/2Ｚ_eff Ｗ／ｍ³
ここで、ＴはｅＶ単位であり、ｎはｍ^-3単位であり、Ｚ_eff＝ΣＺ²ｎ_z／ｎである。Ｚは不純物の原子番号であり、ｎ_zはその密度である。制動放射型放射電力損失は、不純物原子番号Ｚの二乗の関数であり、従って、低い不純物含有量を有することは、特に原子番号が高い不純物に対しては一部の場合に有利とすることができる。

引き続きこの例証的かつ非限定的な例示的な計算に対して、プラズマ構成のエネルギをこれらの様々な電力損失により割ると、総プラズマ閉じ込め時間τが与えられる。その閉じ込め時間を用いて、システムのこの例示的な実施形態に対して様々な密度でＬａｗｓｏｎ損益分岐点状態をもたらす最小プラズマエネルギを計算することができる。この実施形態のエネルギを図４のグラフに示している。

使用するエネルギは、一部の実施では図２の例示的なグラフによって示すものを超える場合があり、その理由には、上述の例示的な実施形態に独特のエネルギ損失機構を考慮に入れたからであることに注意されたい。図４のグラフによれば、使用する最小プラズマエネルギの例示的な推定値は、１０¹⁹ｃｍ^-3の例示的な密度で約３ＭＪである。これをこの例示的な密度で約１ＭＪ未満を示す図２に示す例示的な結果と比較してみる。プラズマ外半径Ｒは、この例示的な計算においては２．４ｃｍである。閉じ込め時間は、この例示的な計算においては１０μｓである。この例示的な計算において、磁場は２００テスラであり、圧力は０．１６Ｍバールである。最大圧縮中のプラズマの速度の可能な値は、音速をちょうど超え、例えば、約５ｋｍ／ｓである。これらの例示的な値に基づくと、プラズマは、プラズマ温度及び圧力状態が融合を発生することを可能にする時間中に５０ｍｍしか移動しない。

上述のように、プラズマの通過中及び／又はその後に液体金属漏斗は、システムの一部の実施では外方に崩壊する傾向がある可能性がある。一部のそのような実施では、システムは、液体金属漏斗が時間Ｌ_fe／Ｖ_fの後に再生するように構成することができ、ここで、Ｌ_feは漏斗の長さであり、Ｖ_fは液体がノズル（漏斗システム１２０のタンク１０に液体金属を入力する）から放出される速度である。これらのパラメータを使用して、このような実施形態における最大パルス繰返し数に対して例示的な推定値を判断することができる。この例示的かつ非限定的な例において、殆どの中性子を吸収するために約１ｍの液体金属を使用し、従って、例えば、プラズマ温度及び圧力状態が融合が中心部で発生するのに適切である長さ２ｍの液体金属漏斗であれぱ、一部の実施形態に対して適切である。Ｖ_fが約１０ｍ／ｓであると仮定すると、繰返し数は、この例においては約５Ｈｚとすることができる。最後に、出る正味エネルギが入るエネルギの程度である場合、プラズマは、５Ｈｚで約３ＭＪを生成し、小さい発電プラントに適切である約１５ＭＷの電力出力が得られる。これらの推定値により、この例においては損益分岐点を生成する発電装置のサイズに関して１つの可能な推定値が得られ、プラントが大型であるほど多くの電力を供給することができるが、開発及び建設の経費が嵩む場合があることに注意されたい。

この例示的かつ非限定的な例を続けて、最大圧縮時の状態から作業し、かつ一部のプラズマガン１００が一般的に約１０¹⁴ｃｍ^-3をあまり上回らないプラズマ密度を生成すると仮定すると、プラズマ加速器１１０の第１の端部１１２ａでの初期プラズマ形成は、約１０¹⁹ｃｍ^-3の密度を有する最終２．４ｃｍ半径圧縮プラズマを供給するためには直径が２．２ｍである。プラズマ形成の長さは、最初に約１ｍになるので、これは、この例示的な例において形成領域に対して推定される長さである。従って、加速器１１０の第１の端部１１２ａのコンパクトトロイドの半径方向のサイズと、トロイドが液体金属漏斗８内にあるコンパクトトロイドの半径方向のサイズとの比率は、この例においては約１００：１である。他の実施形態では、例えば、この比率は、約５：１、約１０：１、約２５：１、約５０：１、約９０：１、約１２５：１、約１５０：１、約２００：１、又は何らかの他の値のような異なるものとすることができる。

例えば、コンデンサとプラズマの間のエネルギ伝達の約３３％の効率を仮定すると、約１０ＭＪが、この例においては使用されることになる。一般的な高速放電箔コンデンサは約１Ｊ／ｃｍ³のエネルギ密度を有するので、この例においては約１０ｍ³のコンデンサ容積を使用する。コンデンサが１ｍ高であり、かつプラズマ加速器に関連のディスク状の伝送線１５の両側に充填されると仮定して、この例においては内径２．２ｍ、外径２．６ｍのディスクを使用する。一部の実施形態では、この円板伝送線＋コンデンサの内部インダクタンスは、約２０ｎＨのインダクタンスを有する。プラズマ加速器のインダクタンスは、一部の実施では約１３０ｎＨである。一般的に、コンデンサ内の電圧が高いほど放電が速い。約８８ｋＶの電圧を仮定すると、コンデンサバンクは、約２．６ｍＦのキャパシタンスを有することができる。このような例示的な例では、システムは、約１００μｓのＬＣリンギング時間を有することになる。１つの例示的な実施では、適切なエネルギ伝達が発生するためには、リンギング時間の半分（例えば、約５０μｓ）は、加速器を過ぎてプラズマが加速される時間に実質的に等しいものであるべきである。最終速度は、有利な態様では、プラズマの運動エネルギが最大圧縮まで液体金属漏斗内で自己圧縮するのに十分に高いように十分に高くすることができる。先に求めた例示的なエネルギを運動エネルギと等値すると、
３ＭＪ＝ｍｖ²／２

プラズマの質量は、容積×密度であるので、ほぼ以下である。
ｍ＝２ミリグラム

従って、この例において、プラズマの最終速度は、約１７００ｋｍ／ｓである。プラズマの移動時間がリンギング時間の半分に等しいためには、約４０ｍの加速器長さを一部の場合に使用することができる。加速器の長さは、有利な態様では、加速器１１０の第１の端部１１２ａで又はその近くでプラズマリストリクターを使用することによって短縮することができる（例えば、図１Ｂに示す狭窄部又は図１Ｃに示す磁気コイル２３ｂを参照されたい）。電流が増加する時に、インダクタンスにより制限されて、プラズマは、狭窄部を通過することができない。一部の実施形態では、システムは、ピーク電流で又はその近くでのみ、磁力が、狭窄部に強制的に通過させて迅速にプラズマを加速されるのに十分に強いように構成される。一部のこのような実施形態では、プラズマがピーク電流で（又はその近くでのみ）加速し始めるので、その長さの僅か約１／４（例えば、一部の場合に約１０ｍ）である加速器を使用することができる。これによってプラズマを圧縮し、一部の場合には、核融合反応を開始するシステムの適切な実際的かつ現実的な例が得られる。このようなシステムの例は、他の用途も有することができる。

他の例示的な実施形態及び有用な用途
上述のように、上述のシステム及び方法のある一定の実施形態は、核融合反応及び有用な中性子生成が起こることができるように可融材料を含むプラズマを十分に圧縮するのに使用することができる。例えば、可融材料は、例えば、ジュウテリウム、トリチウム、ヘリウム−３、リチウム−６、リチウム−７のような軽元素の１つ又はそれよりも多くの同位元素を含むことができる。従って、システムのある一定の実施形態は、中性子発生器又は中性子源として作用するように構成し及び作動させることができる。このように生成された中性子は、研究及び工業分野において広範囲にわたる実用性を有する。例えば、中性子源は、様々な物質（例えば、爆薬、薬、核分裂性材料、毒など）中の主成分元素、微量元素、トレース元素、及び希元素の多元素解析を行うことができる中性子放射化解析（ＮＡＡ）に使用することができ、様々な用途（例えば、爆発物検出及び特定、環境廃棄物及び核廃棄物の生態学的なモニタリングなど）に使用することができる。中性子源として構成されたシステムの実施形態は、材料研究（例えば、材料の構造、動特性、組成、及び化学的均一性を解析する）、工業的物品の非破壊試験（例えば、中性子ラジオグラフィ及び／又は中性子断層撮影を通じて）、及び多くの他の工業的及び技術的用途に使用することができる。例えば、システムの実施形態は、核廃棄物汚染除去及び医学的ヌクレオチドの生成に使用することができる。

プラズマ加熱及び圧縮のための上述のシステム及び方法の実施形態は、例えば、天体物理学及び原子物理学における用途を含む高エネルギ密度プラズマの研究における用途にも適している。

エネルギ貯蔵（例えば、スーパーコンデンサ）及び高電力半導体スイッチングの近年の前進により、高電力電気部品の経費減がもたらされている。電気パルス電力システムの更に別の開発及び様々な用途のためのこのような構成要素に対する需要の増加により、電動ＭＴＦシステム（及び／又は中性子源）は、他の手法に対してコスト競争力があるものとなっている。経費が大きなファクタではない用途（例えば、低質量ペイロード化が重んじられると考えられる核融合宇宙推進用途）において、このような電動システムの実施形態は、他の可能な技術と比較して訴求力があるものと考えられる。

本明細書で開示するシステム及び方法のある一定の実施では、機械的手法（例えば、ある一定のピストンベースのシステム）よりもむしろ電気的手法に基づいてプラズマ圧縮をもたらすことは、一部の場合には、システム保守を低減し、かつ他の利点を有すると予想することができる。例えば、一部のそのような実施では、加速システムは、可動部品数を加減して形成することができ、かつ軽量化することができる。一部の実施形態では、同期に関する問題は、ピストンベースのシステムのある一定の実施形態に対して簡素化される。

本発明の開示のある一定の要素、実施形態、例、及び用途を示すと共に説明したが、開示内容の範囲は、当業者は、特に上述の教示内容を考慮して、本発明の開示の範囲から逸脱することなく修正を行うことができるのでこれらに限定されないことが理解されるであろう。従って、例えば、本明細書で開示するあらゆる方法又は工程において、方法／工程を形成する行為又は作業は、あらゆる適切なシーケンスで実行することができるので、ある一定の開示したシーケンスに必ずしも限定されるわけではない。要素及び構成要素は、異なる構成及び配置で行うことができ、及び／又は様々な実施形態では排除することができる。「一部の実施形態」、「実施形態」などに対する本発明の開示を通した言及は、実施形態に関連して説明したある一定の特徴、構造、段階、工程、又は特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本発明の開示を通して「一部の実施形態では」、「実施形態では」のような語句が登場しても、全てが必ずしも同じ実施形態を指すわけではなく、かつ同じか又は異なる１つの実施形態又はそれよりも多くを指すことができる。実際、本明細書に説明した新しい方法及びシステムは、様々な他の形態に実施することができ、更に、本明細書に説明した実施形態の形態における様々な省略、追加、置換、均等物、再構成、及び変更は、本明細書に説明した本発明の精神から逸脱することなく行うことができる。

実施形態の様々な態様及び利点を必要に応じて説明した。必ずしも全てのこのような態様又は利点をいずれかの特定の実施形態によって達成することができるというわけではないことを理解すべきである。従って、例えば、様々な実施形態は、本明細書で教示又は提案することができるような他の態様又は利点を必ずしも達成することなく本明細書で教示する１つの利点又１群の利点を達成又は最適化するように実行することができることは認められるものとする。

とりわけ、「することができる」、「することができると考えられる」、「することができるであろう」、「する場合がある」、及び「例えば」などのような本明細書で使用する条件付き言語は、特に断らない限り、又は使用時に前後関係において別段の理解の方法がない限り、ある一定の実施形態がある一定の特徴、要素、及び／又は段階を含むが、他の実施形態は含まないことを伝達することを一般的に意図する。従って、このような条件付き言語は、一般的に、特徴、要素、及び／又は段階がいかなる点においても１つ又はそれよりも多く実施形態に必要とされること、又は１つ又はそれよりも多くの実施形態がオペレータ入力又はプロンプト表示の有無に関わらず、これらの特徴、要素、及び／又は段階がいずれかの特定の実施形態に含まれるか又は実行すべきであるか否かを判断することのための論理を必ず含むことを意味することを意図したものではない。いかなる単一の特徴もいかなる群の特徴もいずれかの特定の実施形態に必要なものではなく、また、不可欠なものではない。「備える」、「含む」、及び「有する」のような用語は、同義であり、かつ制限なしに網羅的に使用され、付加的な要素、特徴、行為、作業などを除外しない。また「又は」という用語は、網羅的な意味で（かつその排他的な意味ではなく）使用しており、従って、例えば、要素のリストを関連付けるために使用された場合に、「又は」という用語は、リスト内の要素の１つ、一部、又は全てを意味する。

本明細書に説明した実施形態の例示的な計算、結果、グラフ、値、及びパラメータは、開示した実施形態を示すことを意図したものであり、開示した実施形態を制限することを意図したものではない。本明細書に説明した例示的な例と異なる方法で他の実施形態を構成及び／又は作動させることができる。

１００プラズマガン
１１０プラズマ加速器
１１５加速器の縦軸
１２０液体金属漏斗システム
１０００プラズマを加速及び圧縮するのに使用することができるシステム

Claims

プラズマを圧縮するための装置であって、
プラズマのコンパクトトロイドを発生させるように構成されたプラズマガンと、
第１の端部、第２の端部、及び該第１の端部と該第２の端部間の縦軸を有し、かつ該第１の端部で前記コンパクトトロイドを受け取って該第２の端部に向けて該縦軸に沿って該コンパクトトロイドを加速するように構成されたプラズマ加速器と、
前記プラズマ加速器の前記縦軸と実質的に整列した実質的に円筒形の通路を有する液体漏斗を含み、該通路が、該通路の上端で第１の内径及び該通路の下端で第２の内径を有し、該第２の内径が該第１の内径未満である液体漏斗システムであって、該プラズマ加速器の前記第２の端部から前記コンパクトトロイドを受け取り、かつ該コンパクトトロイドが該上端から該下端に向けて該通路に沿って移動する時に該コンパクトトロイドを圧縮するように構成された液体漏斗システムと、
を含み、
前記システムは、前記上端より下方にある時の前記コンパクトトロイドの圧力が、該上端より上方にある時の該コンパクトトロイドの圧力よりも大きいように構成される、
ことを特徴とする装置。
前記プラズマガンは、前記プラズマ加速器の前記縦軸と実質的に整列したガン軸を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記コンパクトトロイドは、ｓｐｈｅｒｏｍａｋを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記プラズマガンに電気エネルギを供給するように構成されたコンデンサバンクを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記プラズマガンに前記コンデンサバンクを電気的に結合するように構成された実質的にディスク形状の伝送線を更に含むことを特徴とする請求項４に記載の装置。
前記プラズマガンは、少なくとも１つの磁気コイルを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記少なくとも１つの磁気コイルを冷却するように構成された冷却システムを更に含むことを特徴とする請求項６に記載の装置。
前記プラズマ加速器は、電磁レールガンを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記プラズマ加速器は、該プラズマ加速器の前記第１の端部の近くに位置するプラズマリストリクターを含み、該プラズマリストリクターは、該加速器の磁界強度が閾値を超えるまで該リストリクターの位置の上方から該リストリクターの該位置の下方までの前記コンパクトトロイドの移動を抑制するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記プラズマ加速器は、プラズマ伝播チャンネルを含み、前記プラズマリストリクターは、該プラズマ伝播チャンネル内に狭窄部を含むことを特徴とする請求項９に記載の装置。
前記プラズマリストリクターは、前記プラズマ加速器の前記第１の端部の近くに配置された少なくとも１つの磁気コイルを含むことを特徴とする請求項９に記載の装置。
前記プラズマ加速器は、内側電極及び外側電極を含み、該内側電極及び該外側電極のうちの少なくとも一方は、前記トロイドが前記第１の端部から前記第２の端部に移動する時に該コンパクトトロイドに圧縮をもたらすテーパを付して構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記内側電極及び前記外側電極のうちの少なくとも一方は、前記コンパクトトロイドが前記プラズマ加速器にある時に該コンパクトトロイドの温度よりも高い融点を有する材料で被覆されることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
前記プラズ加速器に電気エネルギを供給するように構成されたコンデンサバンクを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記コンデンサバンクから前記プラズマ加速器への前記電気エネルギの前記供給を遅らせるように構成された可飽和インダクタを更に含むことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
前記可飽和インダクタは、前記コンデンサバンクから前記プラズマ加速器に前記電気エネルギを伝達するように構成されたディスク形状の伝送線に配置されることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
前記可飽和インダクタは、非晶質金属を含むことを特徴とする請求項１５に記載の装置。
前記プラズマ加速器の前記第２の端部での前記コンパクトトロイドの圧力が、該プラズマ加速器の該第２の端部での該プラズマ加速器の材料強度よりも小さいように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記液体漏斗内にある時の前記コンパクトトロイドの圧力が前記材料強度よりも大きいように構成されることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
前記液体漏斗は、液体金属を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記液体金属は、鉛リチウムを含むことを特徴とする請求項２０に記載の装置。
前記液体漏斗システムの前記液体漏斗を形成するために前記液体金属を供給するように構成されたポンプシステムを更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の装置。
前記液体漏斗は、少なくとも部分的に重力を受けて前記上端から前記下端まで流動する液体材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記液体漏斗システムは、前記プラズマ加速器の前記縦軸及び前記液体漏斗の前記通路の軸と実質的に整列した導電性液体ガイドを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記液体ガイドは、前記コンパクトトロイドが前記通路の前記上端よりも下方にある時に該コンパクトトロイド上に磁力を供給するように構成されることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
前記コンパクトトロイドが前記液体漏斗の前記上端に到達する前に前記液体漏斗システム内に前記液体ガイドを注入するように構成された注入システムを更に含むことを特徴とする請求項２４に記載の装置。
前記注入システムは、少なくとも部分的に重力を受けて流動する液体材料として前記液体ガイドを前記液体漏斗システム内に供給するように構成され、該液体ガイドは、前記コンパクトトロイドが前記液体漏斗の前記上端よりも下方にある時に該漏斗と電気的に接触しないことを特徴とする請求項２６に記載の装置。
前記液体漏斗システムから前記液体ガイドのための液体材料を貯蔵するように構成されたリザーバまで液体材料の一部分を再循環させるように構成された再循環システムを更に含むことを特徴とする請求項２７に記載の装置。
前記再循環システムは、前記液体漏斗システム内へのプラズマの連続的な注入と注入の間に前記液体材料の前記一部分を再循環させるように構成された断続的ポンプを含むことを特徴とする請求項２８に記載の装置。
前記再循環システムは、前記液体漏斗システムと前記リザーバ間で流体連通する戻りパイプを更に含み、該戻りパイプは、前記プラズマ加速器から絶縁されるように構成された絶縁区画を含むことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
前記絶縁区画は、前記リザーバ内への液体材料の排水を行うために実質的に垂直な向きに配置されることを特徴とする請求項３０に記載の装置。
プラズマを圧縮するように構成された液体金属漏斗システムであって、
通路の第１の端部で第１の内径及び通路の第２の端部で第２の内径を有する実質的に円筒形の通路を有し、該第２の内径が該第１の内径よりも小さい液体金属漏斗であって、該通路の該第１の端部が該通路の該第２の端部よりも高いような向きに配置された液体金属漏斗、
を含み、
前記液体金属漏斗は、プラズマ注入器からプラズマを受け取り、かつ該プラズマが前記第１の端部から前記第２の端部に向けて前記通路に沿って移動する時に該プラズマを圧縮するように構成される、
ことを特徴とするシステム。
前記第１の端部は、前記第２の端部の実質的に上方にあることを特徴とする請求項３２に記載の液体金属漏斗システム。
前記プラズマ注射器から受け取られた前記プラズマの圧力が、該プラズマが前記通路の前記第１の端部の下方にある時の該プラズマの圧力よりも小さいことを特徴とする請求項３２に記載の液体金属漏斗システム。
前記プラズマは、コンパクトトロイドを含むことを特徴とする請求項３２に記載の液体金属漏斗システム。
前記液体金属漏斗が、前記第１の端部から前記第２の端部に向けて少なくとも部分的に重力を受けて流動する液体金属を含むように構成されることを特徴とする請求項３２に記載の液体金属漏斗システム。
前記液体金属が前記第１の端部から前記第２の端部まで流動することができるように該液体金属を循環させるように構成された液体金属循環システムを更に含むことを特徴とする請求項３６に記載の液体金属漏斗システム。
前記液体金属循環システムは、閉じ込めシステム及びポンプシステムを含み、前記液体金属漏斗は、該閉じ込めシステムに配置され、該ポンプシステムは、該閉じ込めシステムの下側端部から該閉じ込めシステムの上側端部まで前記液体金属をポンピングするように構成されることを特徴とする請求項３７に記載の液体金属漏斗システム。
前記通路は、前記第１の端部と前記第２の端部の間に軸線を有し、システムが、前記液体金属漏斗の該通路の該軸線に実質的に沿って液体金属ガイドを注入するように構成された液体ガイド注入システムを更に含むことを特徴とする請求項３２に記載の液体金属漏斗システム。
前記液体金属漏斗の内面と前記液体ガイドの外面の間に前記プラズマを受け取るように構成されることを特徴とする請求項３９に記載の液体金属漏斗システム。
前記液体金属ガイドは、前記液体金属漏斗から絶縁されるように構成されることを特徴とする請求項３９に記載の液体金属漏斗システム。
プラズマを圧縮する方法であって、
トロイダルプラズマを発生させる段階と、
縦方向に沿って前記トロイダルプラズマを加速する段階と、
通路の第１の端部で第１のサイズ及び通路の第２の端部で第２のサイズを有し、該第２のサイズが該１のサイズよりも小さい液体漏斗の通路内に前記加速トロイダルプラズマを導入する段階と、
前記トロイダルプラズマが前記通路の前記第１の端部から該通路の前記第２の端部に向けて移動する時に該トロイダルプラズマを圧縮する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
前記トロイダルプラズマを発生させる段階は、ｓｐｈｅｒｏｍａｋを発生させる段階を含むことを特徴とする請求項４２に記載の方法。
前記コンパクトトロイドを加速する段階は、電磁レールガンで該コンパクトトロイドを加速する段階を含むことを特徴とする請求項４２に記載の方法。
前記電磁レールガンで前記コンパクトトロイドを加速する段階は、該レールガンによって該コンパクトトロイドを圧縮する段階を含むことを特徴とする請求項４４に記載の方法。
前記液体漏斗を形成するために液体を再循環させる段階を更に含むことを特徴とする請求項４２に記載の方法。
前記液体漏斗は、液体金属を含むことを特徴とする請求項４２に記載の方法。
実質的に前記通路の軸線に沿って液体ガイドを導入する段階を更に含むことを特徴とする請求項４２に記載の方法。
前記コンパクトトロイドを圧縮する段階は、前記通路の内面と前記液体ガイドの外面の間で該コンパクトトロイドを圧縮する段階を含むことを特徴とする請求項４８に記載の方法。
前記コンパクトトロイドが前記通路の前記第１の端部と前記第２の端部の間にある時に前記液体ガイドを前記液体漏斗から絶縁する段階を更に含むことを特徴とする請求項４８に記載の方法。
前記トロイダルプラズマを加速するための電気エネルギを供給するためにコンデンサバンクを放電させる段階を更に含むことを特徴とする請求項４２に記載の方法。
前記コンデンサバンクを放電させる段階は、可飽和インダクタを使用して該コンデンサバンクを放電させるのを遅らせる段階を含むことを特徴とする請求項５１に記載の方法。